JP2015007381A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮時のピストンの傾斜によって生じる局所摩耗やシール性の低下を防止して信頼性が高く、冷凍能力と効率の高い密閉型圧縮機を提供する。【解決手段】シリンダー１３１に低摩擦係数の樹脂材料を射出成形したブッシュ１３２を嵌め込むとともに、ピストン１４０にはその外周面にトップ側面１５１およびスカート側面１５２に連通しない溝部１５３を形成した構成としてある。これにより、ピストンの摺動損失の低減と摩耗低減が図れ、高効率化が図れるとともに、ピストンはシリンダーに対して上下方向に傾きにくくなり、冷媒の漏れを抑制でき体積効率の低下を防止できるとともに、ピストンの局所摩耗も低減することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍冷蔵庫等の冷凍サイクルに用いられる密閉型圧縮機に関するものである。

近年、例えば、家庭用冷凍冷蔵庫等の冷凍装置に使用される密閉型圧縮機は、より消費電力の低減効果の高いものが強く望まれている。そのような中にあって、従来、この種の密閉型圧縮機の中には、ピストンの外形形状を改善することにより、ピストンとシリンダー間の摺動損失を低減し、高効率化したものがみられる（例えば、特許文献１参照）。

図３、図４は、上記特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機を示し、図３は、密閉型圧縮機の縦断面図、図４は、同密閉型圧縮機に用いているピストンの斜視図である。

図３、図４において、この密閉型圧縮機は、密閉容器１内に、巻線部２ａを保有する固定子２と回転子３とからなる電動要素４と、電動要素４によって駆動される圧縮要素５を収納し、密閉容器１内の下部にはオイル６を貯留している。

圧縮要素５を構成するクランクシャフト１０は、回転子３を圧入固定した主軸部１１および主軸部１１に対し偏心して形成された偏心部１２を有するとともに、主軸部１１の内部にはオイルポンプ１３がオイル６中に開口するよう設けてある。

鋳鉄（例えばＦＣ２００）からなるブロック２０は、略円筒形のシリンダー２１を有するとともに、主軸部１１を軸支する軸受部２２を有し、電動要素４の上方に形成されている。

ピストン３０は、ブロック２０のシリンダー２１内に往復摺動自在に挿入され、偏心部１２との間を連結手段４１によって連結されている。

ピストン３０は、図４に示すように、トップ側面３１とスカート側面３２と外周面３３とから構成され、外周面３３にシリンダー２１の内周面と密着するように形成されたシール面部３４と、シリンダー２１の内周面の一部分と密着するように形成されたピストン３０の運動方向にほぼ平行に伸びる少なくとも２つの案内面部３５と、シリンダー２１の内周面と密着しない除去部３６とを備え、かつ、２つの案内面部３５は、ピストン３０の円筒中心軸３７と案内面部３５の２つの境界エッジ３５ａ、３５ｂとをピストン３０の半径方向に結ぶ線がなす角度が４０°以下、好ましくは３０°以下となる幅で形成してある。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。

運転中、ピストン３０は往復運動している。下死点付近においてピストン３０はスカート側の一部がシリンダー２１から外に出る。そして、ピストン３０がシリンダー２１に入るとき、案内面部３５により案内されながら、スムースにシリンダー２１に入ることができる。

そして、シリンダー２１の内周面とピストン３０の外周面とで形成される摺動面積はピストン３０の除去部３６によって減少しているため摺動抵抗が減り、摺動損失を低減することができるというものである。

米国特許第６９２８９２１号明細書

しかしながら、前記従来の構成では、圧縮工程において下死点から上死点へ向かう際、ピストン３０は冷媒ガスの圧縮荷重を受けるが、摺動面積がピストン３０の除去部３６によって減少しているため、面圧の増大により磨耗を生じやすく、信頼性低下を引き起こす可能性があった。

また、前記従来の構成では、ピストン３０のシリンダー２１に対する上下方向の傾きは、ピストン３０のシール面部３４とシリンダー２１の内周面とで規制されるが、上記シール面部３４の幅（ピストントップ面の縁からシール面部３４の縁までの短い区間）は短いため、傾きやすく、局所摩耗を起こしたり、ピストン３０とシリンダー２１との間に形成される油膜が減少し、冷媒の漏れが多くなって冷凍能力が低くなり、効率が低下してしまう可能性があるという課題も有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、摩耗やシール性の低下を低減して信頼性が高く、効率の高い密閉型圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の密閉型圧縮機は、シリンダーに低摩擦係数の樹脂材料からなる略円筒形のブッシュを嵌め込むとともに、ピストンはその外周の上側面および下側面に同ピストンのトップ側面およびスカート側面に連通しない溝部を形成しものである。

これにより、ブッシュが持つ低摩擦係数による摺動損失の低減と摩耗低減により高効率化が達せられるとともに、ピストンはそのスカート側面のピストン外周面面積が増大することになって、これがシリンダ内周面と接するのでシリンダーに対して上下方向に傾きにくくなり、その結果、冷媒の漏れを抑制できて体積効率の低下を防止できるとともに、ピストンの摺動部への側圧荷重も低減できて局所摩耗も低減することができる。

本発明の密閉型圧縮機は、摺動損失と摩耗を同時に低減することができるとともに、体積効率の低下も合わせて防止できるので、信頼性が高く、高効率で冷凍能力の高い密閉型圧縮機を提供することができる。

本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図 同実施の形態１における密閉型圧縮機のピストン周りの要素拡大図 従来の密閉型圧縮機の縦断面図 従来の密閉型圧縮機に用いるピストンの斜視図

第１の発明は、密閉容器内にオイルを貯溜するとともに冷媒ガスを圧縮する圧縮機構を収容し、前記圧縮機構は、略鉛直方向に配設され主軸部および偏芯部を有するクランクシャフトと、前記クランクシャフトの偏芯部と連係させたピストンと、前記ピストンが往復運動するシリンダーを有したブロックと、前記オイルをピストンの外周に供給する給油手段とを備え、前記シリンダーは、その内周に低摩擦係数の樹脂材料からなる略円筒形のブ
ッシュを嵌め込むとともに、前記ピストンはその外周の上側面および下側面に同ピストンのトップ側面およびスカート側面に連通しない溝部を形成したものである。

これにより、ブッシュが持つ低摩擦係数による摺動損失の低減と摩耗低減により高効率化が達せられるとともに、ピストンはそのスカート側面のピストン外周面面積が増大することになって、これがシリンダ内周面と接するのでシリンダーに対して上下方向に傾きにくくなり、その結果、冷媒の漏れを抑制できて体積効率の低下を防止できるとともに、ピストンの摺動部への側圧荷重も低減できて局所摩耗も低減することができる。

よって、信頼性が高く、高効率で冷凍能力の高い密閉型圧縮機を提供することができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記低摩擦係数の樹脂材料からなるブッシュは、焼結合金ブッシュの内周面側に樹脂を射出成形して形成したものである。

これにより、樹脂材料の厚みを一様に確保できるので、更に、効率向上と信頼性の向上を図ることができる。

第３の発明は、第１および第２の発明に加えて、更に、低摩擦係数の樹脂材料からなるブッシュは、ピストンのトップ面側にフランジ部を設けたものである。

これにより、ブロックとブッシュを同時に固定することで、ピストンの往復運動時の挙動の安定が図れ、更に信頼性の向上を図ることができる。

第４の発明は、第１から第３の発明において、冷媒は炭化水素系冷媒としたものであり、従来のＲ１３４ａ冷媒を使用した圧縮機と比べて気筒容積の拡大に伴うピストンの径大化により、冷媒の漏れが生じやすくなるが、ピストンがシリンダーに対して上下方向に傾きにくく冷媒の漏れが抑制されるので、体積効率の低減を防止し、炭化水素系冷媒であっても高効率の密閉型圧縮機とすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図、図２は、本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機のピストン周りの要素拡大図である。

図１、図２において、密閉型圧縮機は、密閉容器１０１内に、電動要素１０４及び、電動要素１０４によって駆動される圧縮機構１０５を収容し、密閉容器１０１内にはオイル１０６を貯溜して構成してある。

なお、電動要素１０４は、固定子１０２と回転子１０３からなり、電源周波数以下の運転周波数を含む複数の運転周波数でインバーター駆動される構成としてある。

電動要素１０４によって駆動されるクランクシャフト１１０は、回転子１０３を圧入固定した主軸部１１１と、主軸部１１１に対し偏心して形成された偏芯部１１２を備え、略鉛直方向に配設されている。

クランクシャフト１１０には給油手段が設けてあり、この給油手段１２０は、一端がオイル１０６中に開口し、他端が粘性ポンプ１２１と連通するクランクシャフト１１０の内
部に形成された遠心ポンプ１２２と、粘性ポンプ１２１の他端で密閉容器１０１内の空間と開口する縦孔部１２３と、横孔部１２４とから構成されている。

圧縮機構１０５の中核をなすブロック１３０は、略円筒形のシリンダー１３１を形成するとともに、主軸部１１１を軸支する主軸受１３０ａを備える。シリンダー１３１の上部には湾曲した当り部１３３を有す。

シリンダー１３１には、図２に示すように、略円筒形からなるブッシュ１３２が嵌め込まれている。

ブッシュ１３２は、焼結合金からなり、内周面側に低摩擦係数からなる樹脂材料が０．５ｍｍの薄さで射出成形されている。樹脂材料には、例えば、ポリエーテルエーテルケトンなどが用いてある。

また、ブッシュ１３２はフランジ部１３４を備え、シリンダー１３１の開口端部を封止するバルブプレート１３６によって、高圧室を形成するシリンダーヘッド１３８を介し、ボルト等で、ブロック１３０とともに締結固定されている。

ピストン１４０は、ブロック１３０のシリンダー１３１に往復摺動自在に挿入され、偏芯部１１２とコンロッド１４６で連結されており、図１に示すように、下死点付近でピストン１４０のスカート側の一部がシリンダー１３１内から突出する構成となっている。

ピストンの外周面１５０には、少なくとも下死点付近で密閉容器１０１内の空間と連通し、かつピストン１４０のトップ側面１５１およびスカート側面１５２に連通しない溝部１５３をピストン１４０の外周の上側面１５４および下側面１５５にそれぞれ形成してある。

ピストン１４０によって圧縮される冷媒は、密閉型圧縮機では、温暖化係数の低い自然冷媒である炭化水素系冷媒のＲ６００ａが用いてある。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

電動要素１０４の回転子１０３は、クランクシャフト１１０を回転させ、偏芯部１１２の回転運動がコンロッド１４６とピストンピン（図示せず）を介してピストン１４０に伝えられ、ピストン１４０がシリンダー１３１内を往復運動する。

それにより、冷媒ガスは冷却システム（図示せず）からシリンダー１３１内へ吸入され圧縮された後、再び冷却システムへと吐き出される。

一方、給油手段１２０は、クランクシャフト１１０の回転に伴って遠心ポンプ１２２が回転することで発生する遠心力によって、オイル１０６を遠心ポンプ１２２内で上昇させ、さらに粘性ポンプ１２１に到達したオイル１０６を粘性ポンプ１２１内で上昇させ、縦孔部１２３と、横孔部１２４から密閉容器１０１内に散布する。

散布されたオイル１０６は当り部１３３に当り、切り欠き部１３５を伝って、ピストン１４０の外周面１５０に付着する。付着したオイル１０６はピストン１４０の往復動に伴ってピストン１４０の外周面１５０や溝部１５３に入り込み、ピストンの外周面１５０とシリンダー１３１内のブッシュ１３２内周面との間を潤滑する。

この際、本実施の形態においては、図１及び図２に示すように、下死点付近でピストン
１４０のスカート側の一部がシリンダー１３１内から突出するので、ピストン１４０が下死点に来た時に溝部１５３はシリンダー１３１より出てオイル１０６を受けるので、保油性が高められ、オイル１０６は溝部１５３へ十分に供給される。

一方、シリンダー１３１には、略円筒形からなるブッシュ１３２が嵌め込まれ、ブッシュ１３２は、内周面側に低摩擦係数からなる樹脂材料が射出成形されているので、ピストン１４０の往復運動の際のピストン１４０の外周面１５０との摺動損失が低減される。よって、高効率の圧縮機を提供することができる。

また、ブッシュ１３２はフランジ部１３４を備え、開口端部を封止するバルブプレート１３６によって、高圧室を形成するシリンダーヘッド１３８を介し、ボルト等で、ブロック１３０とともに締結固定されているので、ピストン１４０の往復運動の際のピストン１４０の慣性力と圧縮荷重の反作用を受けても、ブッシュ１３２はブロック１３０と一体となって固定されていて、ピストン１４０の往復運動の際にブッシュ１３２が揺動することがないので、高信頼性の圧縮機を提供することができる。

また、ブッシュ１３２は、焼結合金からなり、内周面側に低摩擦係数からなる樹脂材料が０．５ｍｍの薄さで射出成形されているので、内周全周にわたり一様な厚みの低摩擦係数樹脂材料が位置することになる。

よって、ピストン１４０の往復運動の際に、ピストン１４０の外周面１５０との局所的な当たりによる摩耗を防ぐことができ、高信頼性の圧縮機を提供することができる。

また、ピストン１４０が上死点付近にあるとき、シリンダー１３１内は圧縮された冷媒により高圧となり、シリンダー１３１とピストン１４０の外周面１５０との間から冷媒ガスが漏れようとする。この際、シリンダー１３１内で生じる圧縮荷重により、コンロッド１４６を介してクランクシャフト１１０が下死点方向へ押され、鉛直方向に対して大きくたわみ、ピストン１４０はシリンダー１３１に対して上下方向へと傾斜しようとする。

しかしながら、本実施の形態では、ピストン１４０はその溝部１５３の形状がピストン１４０のスカート側面１５２にいくにしたがって摺動幅が増大するような曲率で形成してある、すなわち、スカート側面１５２にいくほど外周面１５０の面積が増大するようになっているので、傾斜方向に対して幅広く保持され、ピストン１４０が大きく傾斜することを防ぐことができる。

その結果、シリンダー１３１から密閉容器１０１内への冷媒の漏れが抑制されるとともに、傾斜時に生じる摺動部への側圧荷重が低減され、局所的な摩耗を防ぎ、摺動部の信頼性を向上させることができる。

さらに、Ｒ６００ａ冷媒の密度は従来から冷蔵庫に用いられているＲ１３４ａ冷媒と比較すると小さいため、Ｒ１３４ａ冷媒の密閉型圧縮機と同じ冷凍能力を得るためには、Ｒ６００ａ冷媒を用いる場合、気筒容積が大きくなり、ピストン１４０の外径が大きくなる。従って、シリンダー１３１から密閉容器１０１内に漏れる冷媒は、流路面積が大きくなり、増加する。しかしながら本実施の形態のピストン１４０は前記した如く、シリンダー１３１に対して傾きにくくなるので漏出防止効果が効果的に発揮されることになり、より大きな効率向上の効果が得られる。

以上のように、本発明にかかる圧縮機は、ピストン外周の摺動損失や摩耗を低減しつつ保油性を高めることができるので、高効率化が図れるとともに、ピストン摺動時の傾斜を
抑制して摺動部の信頼性を向上することができ、エアーコンディショナーや自動販売機や業務用冷蔵庫やヒートポンプ給湯器等の密閉型圧縮機として幅広く適用できる。

１０１ 密閉容器
１０５ 圧縮機構
１０６ オイル
１１０ クランクシャフト
１１１ 主軸部
１１２ 偏芯部
１２０ 給油手段
１３０ ブロック
１３１ シリンダー
１３２ ブッシュ
１３４ フランジ部
１３６ バルブプレート
１３８ シリンダーヘッド
１４０ ピストン
１４６ コンロッド
１５０ 外周面
１５１ トップ側面
１５２ スカート側面
１５３ 溝部
１５４ 上側面
１５５ 下側面

Claims (4)

1. 密閉容器内にオイルを貯溜するとともに冷媒ガスを圧縮する圧縮機構を収容し、前記圧縮機構は、略鉛直方向に配設され主軸部および偏芯部を有するクランクシャフトと、前記クランクシャフトの偏芯部と連係させたピストンと、前記ピストンが往復運動するシリンダーを有したブロックと、前記オイルをピストンの外周に供給する給油手段とを備え、前記シリンダーはその内周に低摩擦係数の樹脂材料からなる略円筒形のブッシュを嵌め込むとともに、前記ピストンはその外周の上側面および下側面に同ピストンのトップ側面およびスカート側面に連通しない溝部を形成した密閉型圧縮機。
2. 低摩擦係数の樹脂材料からなるブッシュは、焼結合金ブッシュの内周面側に樹脂を射出成形して形成した請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 低摩擦係数の樹脂材料からなるブッシュは、ピストンのトップ側面にフランジ部を設けた請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
4. 冷媒は炭化水素系冷媒である請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。